0 引言

       肝性脑病（hepatic encephalopathy, HE）是严重慢加急性肝衰竭（hepatitis B virus-related acute-on-chronic liver failure, HBV-ACLF）导致的重要并发症之一，其主要特征是人格、意识、认知和运动功能的改变^[1]。当没有HE临床体征的患者可能在神经心理学或神经生理学测量中显示脑功能改变时，称为亚临床或最小HE（minimal hepatic encephalopathy, MHE）^[2]。MHE的发生会影响患者日常活动，降低工作绩效和生活质量，增加导致车祸的风险^[3]。此外，MHE患者进展为显性肝性脑病（overt hepatic encephalopathy, OHE）的风险进一步增高，总体死亡率增加^[4]。然而，目前MHE 认知障碍的神经病理生理机制尚不明确。因此，探索MHE发病机制并找到合适的客观诊断标志物，对防治OHE及其并发症具有十分重要的临床意义。

       近年来，静息态功能磁共振成像（resting-state function magnetic resonance imaging, rs-fMRI）技术发展迅速，fMRI信号被称为血氧水平依赖性反应，能够通过检测该信号来反映神经元的自发活动，广泛运用于神经精神疾病影像学的研究^[5]，可以定位和量化^[6]，其中功能连接（functional connectivity, FC）分析方法为MHE疾病的研究提供了新的思路，FC可以无创性反映不同脑区之间的相互关系，通过分析大脑有效FC的改变，进而揭示中枢神经系统相关疾病的特征^[7]。在静息态下，大脑皮层广泛分布着空间相关性的、持续的、自发的低频振荡血氧水平依赖信号，这些自发信号所在的脑区构成的网络即为默认网络（default mode network, DMN）。随着对DMN研究的深入^[8]，原先DMN被认为是一种均质的脑网络构造^[9]，目前认为DMN内部可以进一步分化出不同的功能分区或亚网络，并参与特定的不同功能活动过程^{[10, 11, 12]}。ANDREWS-HANNA 等^[13]认为DMN包含了 11 个分区；外侧颞回和小脑半球（Crus1, Crus2）也被认为参与了DMN的连接^[14]。不同DMN分区在不同精神活动时的具体功能分工不同，可能是导致目前关于HBV-ACLF伴MHE脑DMN研究结果混杂的原因之一。很多研究^{[15, 16]}表明MHE认知功能障碍与DMN脑区之间交互作用的障碍有关，但关于DMN分区后的讨论很少。而对DMN进行分区后再探讨HBV-ACLF伴MHE的FC改变，将有利于我们更进一步理解HBV-ACLF伴MHE认知障碍的致病靶点，同时也有利于我们从脑影像学的角度深入发掘HBV-ACLF伴MHE的精神病理学机制。

       所以本研究以ANDREWS-HANNA 等制作的DMN分区模板作为感兴趣区，运用FC 技术分析HBV-ACLF伴MHE患者与健康对照者（healthy controls, HCs）DMN与全脑体素之间的时间相关性差异，希望进一步探究HBV-ACLF伴MHE患者认知障碍的机制，并为早期诊断提供影像标志物。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究严格遵守《赫尔辛基宣言》，从宁夏医科大学总医院感染科招募27例18~60岁的HBV-ACLF伴MHE患者，并通过广告从社区招募22名HCs。筛选前所有受试者均签署书面知情同意书，并且通过宁夏医科大学总医院科研伦理委员会的审查（批准文号：KYLL-2021-841）。

       采用2018年中华医学会肝病学分会发布的肝硬化肝性脑病诊疗指南中的诊断标准以及相关的神经精神认知量表，对HBV-ACLF伴MHE患者进行诊断。参与者入选标准如下：（1）年龄大于18岁；（2）在HBV-ACLF基础上发生MHE；（3）临床及影像学资料完整；（4）当前或既往无明显HE症状；（5）无MRI禁忌证。如果患者表现出以下任何情况，则将其排除：（1）其他神经精神疾病；（2）不受控制的内分泌或代谢疾病；（3）既往严重头部创伤；（4）左利手；（5）视力不良；（6）药物或酒精滥用史或正在服用精神药物；（7）图像质量差，伴有严重伪影。HCs组在年龄、性别和教育程度方面与纳入的HBV-ACLF伴MHE患者水平相匹配。HCs组无任何肝脏疾病或其他全身性疾病。其他排除标准与适用于HBV-ACLF伴MHE患者的标准相同。

1.2 人口学资料及临床资料

       我们将采集所有受试者的人口学资料，如：性别、年龄、受教育年限，数字连接试验 A（Number Connection Test-A, NCT-A）评分、数字符号试验（Digital Symbol Test, DST）评分、蒙特利尔认知评估（Montreal Cognitive Assessment, MoCA）量表评分、血氨及白细胞计数。

1.3 扫描方法

1.3.1 设备与扫描参数

       所有影像学数据均在美国GE Architect 3.0 T MR扫描仪上收集。在扫描过程中，所有受试者都被要求保持清醒，平躺，闭上眼睛，尽可能不思考。用海绵垫固定受试者头部，以减少头部移动，并配备隔音耳塞。常规MRI序列包括T1WI、T2WI、T2液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery, FLAIR）、T1-FLAIR，扫描参数：TR 4000 ms，TE 107 ms，层厚6 mm，层间距1 mm，FOV 250 mm×250 mm。之后采用矢状面3D-BRAVO序列进行颅脑3D-T1WI扫描，结构期扫描参数为：TR 7.7 ms，TE 3.1 ms，FOV 240 mm×240 mm，翻转角12°，矩阵256×256，层数136。梯度回波平面成像脉冲序列用于获得rs-fMRI成像数据，扫描范围为受试者颅顶至枕骨大孔，扫描时间约6 min，功能期扫描参数：TR 2000 ms，TE 30 ms，FOV 250 mm×250 mm，翻转角90°，层数35，层厚3.6 mm，矩阵64×64。

1.3.2 图像数据预处理

       使用DPARSF软件对rs-fMRI数据进行预处理。预处理步骤包括：（1）将DICOM格式转换为NIFTI格式；（2）去除前10个时间点减少初始信号波动的影响；（3）时间层校正，将图像校正至同一时间点；（4）重新对准以进行头部运动校正；（5）通过使用加拿大蒙特利尔神经科学研究所（Montreal Neurological Institute, MNI）开发的回波平面成像模板进行空间归一化；（6）去线性漂移；（7）回归协变量，回归剔除干扰变量（Friston 24头动参数、脑白质信号、脑脊液信号）；（8）带通滤波，以减少低频漂移和高频噪声（0.01~0.10 Hz）的影响。

1.3.3 基于感兴趣区的FC分析

       依据MNI的研究结果，首先预先选择DPABI上的ANDREWS-HANNA模板，该模板是由 ANDREWS- HANNA等根据其研究发现所制作的DMN分区模板，该模板将DMN分为11个分区，而该11个DMN的分区就是本研究的感兴趣脑区。具体的11个感兴趣区分区及其MNI坐标详见表1。然后计算这11个感兴趣区与全脑的平均时间序列，将感兴趣区与全脑的平均时间序列进行Pearson 相关分析获得FC相关系数。得到相关系数后，利用Fishers Z转换，从而得到感兴趣区与整个大脑的FC图谱。

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表1  默认网络模板脑区名称及坐标
Tab. 1  Brain region names and coordinates of the default network template

1.4 统计学分析

       参与者的人口统计学和临床特征的统计分析使用IBM SPSS 26.0，人口统计学变量的连续变量比较使用独立样本t检验，分类变量使用卡方检验。用SPM 12统计分析模块对HCs组、MHE组FC分别进行单样本t检验，再采用独立样本t检验来探索MHE组与HCs组的FC差异，性别、年龄、受教育年限、头动参数作为协变量，使用FDR（P<0.005）校正大于20个体素的簇被认为是显著的。运用SPM 12对MHE组与HCs组进行独立样本t检验得到差异脑区的峰值坐标，在DPABI中使用Utilities工具提取MHE组27个被试的差异脑区FC值与DST评分、NCT-A评分、MoCA评分、血氨及白细胞计数进行 Pearson相关性分析。P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       所有参与者的人口统计学和量表评分见表2。两组在年龄、性别、受教育年限方面差异均无统计学意义（P>0.05），两组在 DST评分、NCT-A评分、MoCA评分上差异均有统计学意义（P<0.05）。

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表2  MHE组与HCs组受试者一般资料比较
Tab. 2  The general data of participants in the MHE group and HCs group were compared

2.2 FC分析

       HCs组、MHE 组分别行单样本t检验后DMN与全脑的FC分布模式如下：HCs组中左侧颞中回、双侧额下回盖部、双侧额中回、双侧缘上回为DMN脑区中与全脑FC显著的区域；MHE组中右侧额下回盖部、右侧脑岛、双侧额中回、双侧缘上回区及右侧辅助运动区与全脑FC降低（图1）。MHE组右侧颞极（颞中回）、左侧颞下回、右侧枕下回及左侧枕中回与全脑FC较HCs组减弱，差异均具有统计学意义（FDR校正，P<0.005），详见图2、表3。

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图1  两组默认网络脑区与全脑功能连接的脑区示意图。1A：健康对照组；1B：轻微型肝性脑病组。红色和蓝色分别代表默认网络与全脑功能连接强弱。L：左；R：右。
Fig. 1  Heat map of the distribution of functional connectivity between the default mode network-related brain regions and the rest of the whole brain in both groups. 1A: Control group; 1B: Minimal hepatic encephalopathy group. Red and blue represent the strength of the default mode network and whole-brain functional connectivity, respectively. L: left；R: right.

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图2  MHE组与HCs功能连接差异脑区示意图。红色和蓝色分别代表默认网络与全脑功能连接强弱。MHE：轻微型肝性脑病；HCs：健康对照者；L：左；R：右。
Fig. 2  Schematic representation of the differential brain regions in functional connectivity of the MHE and HCs. Red and blue represent the strength of the default mode network and whole-brain functional connectivity, respectively. MHE: minimal hepatic encephalopathy; HCs: healthy controls; L: left; R: right.

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图3  差异脑区FC值与MoCA评分及血氨的相关性分析。FC：功能连接；MoCA：蒙特利尔认知评估量表；NH3：血氨。
Fig. 3  Correlation analysis between FC value and MoCA score and blood ammonia in differential brain regions. FC: functional connectivity; MoCA: Montreal Cognitive Assessment; NH3: blood ammonia .

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表3  MHE组与 HCs 组受试者DMN与全脑功能连接差异对比
Tab. 3  Comparison of the default mode network and whole-brain functional connectivity between the MHE group and the HCs group

2.3 相关性分析

       MHE组与HCs组存在差异脑区的FC值与NCT-A评分、DST评分及白细胞计数无显著相关性。MHE组右侧颞极（颞中回）FC值与MoCA评分呈显著负相关（r=-0.394，P<0.05）；MHE组左侧颞下回FC值与血氨水平呈显著负相关（r=-0.456，P<0.05），详见图3。

3 讨论

       在本研究中我们通过应用rs-fMRI的FC技术探究HBV-ACLF伴MHE患者与HCs组DMN相关脑区与全脑体素之间的FC差异。首先，我们发现HBV-ACLF伴MHE患者DMN相关脑区与全脑的FC存在着不同程度的减低，与HCs组相比，MHE组在右侧颞极（颞中回）、左侧颞下回、右侧枕下回及左侧枕中回的FC减弱，这表明FC分析有潜力成为进一步探究HBV-ACLF伴MHE患者认知障碍的潜在机制的方法。此外，我们还发现MHE组右侧颞极（颞中回）FC值与MoCA评分呈显著负相关；MHE组左侧颞下回FC值与血氨水平呈显著负相关；这提示了FC的减低可能为HBV-ACLF伴MHE认知及视觉功能的损害提供了神经影像学证据。

3.1 MHE患者和HCs组DMN与全脑FC的差异

       本研究发现，与HCs组相比，HBV-ACLF伴MHE患者右侧颞极（颞中回）、左侧颞下回、右侧枕下回及左侧枕中回与全脑的FC减低。右侧颞极（颞中回）、左侧颞下回是DMN的重要组成部分；DMN可以大致分为三个部分：中线核心系统、内侧颞叶子系统和背内侧子系统^[17]。中线核心系统整合来自各种皮层区域的信息，以评估个人相关性并促进自我相关决策^[18]；内侧颞叶子系统涉及基于记忆构建心理场景时变得活跃^[17]；背内侧子系统参与社会认知^[19]；其中背内侧子系统固定在外侧颞区、背侧前额叶区及顶叶区，内侧颞叶子系统集中于内侧颞叶和外侧顶叶皮层^[20]。颞极与许多不同的功能相关，即视觉，记忆，语言，语义和社会情感功能。许多研究认为，颞极是参与视觉认知的高级视皮层区域，在复杂视觉场景分析、面孔识别和视觉记忆中具有特异或优先的功能^[21]。而HBV-ACLF伴MHE患者往往会出现对所处环境及熟人的错认，这或许与HBV-ACLF伴MHE患者颞极FC下降有关。CAI等^[22]通过测量动态FC的一致性来评价脑网络的功能稳定性，发现MHE患者右侧颞极上的FC异常，表示脑网络功能稳定性改变可能是MHE患者认知的神经病理学基础。此外，虽然肝硬化和 MHE患者的语言功能障碍相对保存较好，但也有报道称MHE患者语言功能下降^[23]。因此可推测HBV-ACLF伴MHE患者颞极功能受损，导致介导视觉、语言、记忆及社会行为等皮层间连接障碍，这可能使得HBV-ACLF伴MHE患者出现潜在的认知障碍、言语缓慢、情绪控制低下等临床表现。枕叶是参与视觉信息整合和处理的视觉网络的关键节点^[24]，视觉功能的下降是MHE的突出特征^[25]，MHE患者在驾驶操纵、适应、谨慎性方面的问题被多次报道^{[26, 27]}。许多fMRI研究已经表明了MHE患者的视觉皮层中的不一致和不规则的神经元连接^[24]。ZHANG等^[28]通过基于体素的全脑FC得出在HE和HC组之间的比较中，动态FC在视觉相关区域降低，认为视觉相关区域的动态FC改变可能与MHE患者的视觉空间能力降低有关。这与我们的研究结果一致，结果显示枕中回及枕下回与全脑的FC减低与HBV-ACLF伴MHE患者的视觉处理受损相关。

3.2 MHE组FC差异脑区与认知评分的相关性

       本研究还分析了存在显著差异脑区FC值与HBV-ACLF伴MHE患者的NCT-A评分、DST评分、MoCA量表评分、血氨及白细胞计数等的相关性，结果发现右侧颞极（颞中回）FC值与MoCA呈显著负相关；左侧颞下回FC值与血氨水平呈显著负相关。MoCA量表是一种用于筛选患有轻度认知障碍患者的工具^[29]。其中的视结构技能（立方体、钟表）试验、动物命名实验、记忆力、注意力测试、延迟回忆以及定向力测试分别对应了视觉，记忆，语言，语义和社会行为等功能。而颞极均参与这些功能，颞极顶点与颞极的所有其他部分相连^[21]，从而可以成为了信息汇聚的枢纽。这一发现表明，HBV-ACLF伴MHE患者右侧颞极（颞中回）FC值与MoCA评分呈负相关关系，可能反映了HBV-ACLF伴MHE患者视觉功能、记忆力及定向力的异常。氨对大脑具有极强的毒性，并被星形胶质细胞吸收和代谢，导致细胞肿胀。高氨血症在诱导MHE中起协同作用，在高氨血症和MHE的动物模型中，研究表明外周改变被传递到大脑，诱导神经炎症，从而改变神经传递，导致认知和运动障碍^[30]。在我们的研究中，我们观察到血氨水平与异常脑区FC值之间的相关性，左侧颞下回呈负相关。这些结果与既往报告一致，即经颈静脉肝内门体静脉分流术后患者血氨升高并与右侧颞下回的低频振幅分数呈负相关^[31]。右侧颞下回FC值与血氨水平的相关性进一步证明右侧颞下回损伤可能是HBV-ACLF伴MHE患者脑功能异常的影像学标志。

3.3 局限性与展望

       在这项研究中仍有几个局限性。首先，我们只分析了DMN与全脑的静息态FC，然而其他脑网络也可能受到HE的影响。其次，我们收集的样本量相对较少，相信通过进一步扩大样本量，可以获得更准确的数据。最后，我们本次只探究了HBV-ACLF伴MHE患者的DMN与全脑的FC差异，其他病因导致的ACLF并没有纳入研究，不同病因ACLF对大脑的损害可能略有不同^[32]，因此未来需要开展纵向研究，以更好地探讨MHE患者的静息态脑FC变化。

4 结论

       综上所述，本研究发现HBV-ACLF伴MHE患者DMN与全脑存在显著的FC异常，HBV-ACLF伴MHE患者主要的FC异常主要位于视觉功能、认知控制和空间工作记忆相关的脑区，尤其是视觉感知方面，这提示这种脑网络内部的FC异常可能是MHE患者早期视觉减退的病理理学机制。我们的研究既支持了既往关于HBV-ACLF伴MHE患者脑FC中断的论述，同时，也为未来的HBV-ACLF伴MHE患者DMN的研究提供了进一步的支持依据。